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Aplicaci�n del m�todo DRASTIC-LQ para estimar la vulnerabilidad intr�nseca del acu�fero costero Manglaralto

 

Application of the DRASTIC-LQ method to estimate the intrinsic vulnerability of the Manglaralto coastal aquifer

 

Aplica��o do m�todo DRASTIC-LQ para estimar a vulnerabilidade intr�nseca do aq��fero costeiro de Manglaralto

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: vreyes@untumbes.edu.pe

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 23 de septiembre de 2022 *Aceptado: 9 de octubre de 2022 * Publicado: 16 de noviembre de 2022

 

 

        I.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per�.

     II.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per�.

   III.            Escuela Superior Polit�cnica del Litoral, Ecuador.

  IV.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per�.

 

 

 

 

Resumen

Se determin� la vulnerabilidad del acu�fero de Manglaralto a trav�s del m�todo DRASTIC-LQ, a partir del examen de 10 pozos que abastecen de agua a la localidad. Se calcularon �ndices de vulnerabilidad para la temporada lluviosa y la temporada seca. Se realiz� un contraste de hip�tesis (test de Wilcoxon; α: 0.05) para determinar las diferencias estacionales de la vulnerabilidad (2019-2021). Los �ndices de vulnerabilidad variaron de bajos y muy altos. Se observ� una variabilidad estacional propia de las oscilaciones de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, propia de la din�mica pluviom�trica. El m�todo DRASTIC-LQ permite confirmar la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser m�s sensible en la estimaci�n en la temporada lluviosa (p-valor ≤ 0.05). El m�todo resulta �til pero debe seguir valid�ndose. Al presentarse una serie de registros tan corta, la aplicaci�n del m�todo puede estar influida por oscilaciones pluviom�tricas que pueden incrementar el error del mismo.

Palabras Clave: Acu�feros; Vulnerabilidad en acu�feros; M�todo DRASTIC-LQ.

 

Abstract

The vulnerability of the Manglaralto aquifer was determined using the DRASTIC-LQ method, based on the examination of 10 wells that supply water to the locality. Vulnerability indices were calculated for the rainy and dry seasons. Hypothesis testing (Wilcoxon test; α: 0.05) was performed to determine seasonal differences in vulnerability (2019-2021). Vulnerability indices ranged from low to very high. A seasonal variability proper to the oscillations of water table levels and runoff over the system, proper to the pluviometric dynamics, was observed. The DRASTIC-LQ method allows confirming the existence of vulnerability conditions and proves to be more sensitive in the estimation in the rainy season (p-value ≤ 0.05). The method is useful but needs to be further validated. Since the series of records is so short, the application of the method can be influenced by pluviometric oscillations that can increase the error of the method.
Key words: Aquifers; Aquifer vulnerability; DRASTIC-LQ method.

 

Resumo

A vulnerabilidade do aqu�fero Manglaralto foi determinada usando o m�todo DRASTIC-LQ, com base no exame de 10 po�os que fornecem �gua para a localidade. Os �ndices de vulnerabilidade foram calculados para as �pocas de chuva e seca. Um teste de hip�teses (teste Wilcoxon; α: 0,05) foi conduzido para determinar as diferen�as sazonais de vulnerabilidade (2019-2021). Os �ndices de vulnerabilidade variavam de baixo a muito alto. A variabilidade sazonal foi observada devido �s oscila��es do len�ol fre�tico e do escoamento sobre o sistema, devido � din�mica das chuvas. O m�todo DRASTIC-LQ confirma a exist�ncia de condi��es de vulnerabilidade e � mais sens�vel na estimativa na esta��o chuvosa (p-valor ≤ 0,05). O m�todo � �til, mas precisa de mais valida��o. Com uma s�rie t�o curta de registros, a aplica��o do m�todo pode ser influenciada por oscila��es pluviom�tricas que podem aumentar o erro do m�todo.

Palavras-chave: Aqu�feros; Vulnerabilidade do aqu�fero; M�todo DRASTIC-LQ.

 

Introducci�n

Los acu�feros como cuerpos almacenadores de agua han sido objeto de estudios en cuanto a su vulnerabilidad, producto de la presi�n mundial por la disponibilidad de este recurso (Aller et al., 1987; Carri�n-Mero et al., 2018; 2021). La vulnerabilidad se concibe como una propiedad intr�nseca de car�cter multicriterio que muestra la sensibilidad del cuerpo de� agua a ser influido negativamente por un elemento interno o externo (Foster, 1987; 2002). Su determinaci�n es relativa puesto que parte de una apreciaci�n a�n en examen de un conjunto de par�metros.

Se ha distinguido en la literatura una categorizaci�n de la vulnerabilidad. Se denomina� intr�nseca cuando se limita al estudio y valoraci�n de los par�metros hidrogeol�gicos de la zona del acu�fero (Aller et al., 1987), y es espec�fica si en la evaluaci�n se incorpora la valoraci�n de factores externos propios de la pluviometr�a local o si se analiza la influencia de elementos qu�micos que pueden comportarse como contaminantes (Hoekstra, 2016; Nasri et al., 2021). El estudio de los acu�feros tiene relevancia mundial (Hansen & Thorling, 2018), abord�ndose estudios sobre el componente intr�nseco (Asfaw & Mengistu, 2020; Giambastiani et al. 2021), y el espec�fico (Naturstyrelsen, 2014; Voutchkova, 2021).

Existe un inventario amplio de m�todos para evaluarla, sin embargo, el m�todo DRASTIC� (Aller et al., 1987), es el que cuenta con mayor aplicaci�n (Mart�nez et al., 1998; Carri�n Mero et al., 2021). Aller et al. (1987) plantearon el m�todo DRASTIC para clasificar y ponderar par�metros o atributos intr�nsecos, que reflejaran las condiciones del medio, considerando como par�metros:� �D (profundidad del nivel piezom�trico), R (recarga), A (litolog�a del acu�fero), S (naturaleza del suelo), T (pendiente del terreno), I (naturaleza de la zona no saturada) y C (permeabilidad)� Mart�nez et al. (1998, p. 415).

A pesar de su aceptaci�n mundial, el m�todo ha sido ampliado por otros autores, present�ndose modificaciones donde se integran� al modelo DRASTIC aplicaciones basadas en Sistemas de Informaci�n Geogr�fica (Bera et al. 2021), incorporaci�n de par�metros como los nitratos (Voutchkova, 2021) y la suma de evaluaciones de analizaron la vulnerabilidad de los acu�feros ante la percolaci�n de agroqu�micos (Loor et al. 2019).

DRASTIC-LQ es una propuesta de Carri�n Mero et al. (2021) que a�n est� en fase de evaluaci�n. El aporte al m�todo convencional de DRASTIC, consiste en el incremento de dos par�metros adicionales, los cuales pueden estar presentes en distintos sistemas acu�feros, y se deber�an tomar en cuenta en estudios relacionados con la vulnerabilidad. Estos son: la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), obteniendo el m�todo DRASTIC-LQ.

Para la correcta aplicaci�n de la metodolog�a, se asigna un peso (w) y rangos (r), para los nuevos par�metros. La recarga lateral, o tambi�n conocida como recarga de borde, representa una parte significativa en el aporte del agua subterr�nea, que se origina mediante la escorrent�a en las precipitaciones, especialmente en los meses de lluvia. Tomando en cuenta que el m�todo convencional ya considera una recarga, al sumar este nuevo par�metro se le ha asignar� un peso (w), para indicar que se ha considerado esta fuente. Los rangos para el par�metro L(r), depender�n de la temporada que se est� analizando. Se considerar� que, independientemente del a�o, si el an�lisis es en temporada de lluvia (si hay escorrent�a), y si es en temporada seca (no existe escorrent�a superficial) (Carri�n Mero et al., 2021).

El dique es considerado debido a su importante aplicaci�n en la recarga superficial del acu�fero, el cual puede influir en su contaminaci�n, ya que se encarga de almacenar el agua y mantener su permanencia durante m�s tiempo, que a su vez es un beneficio, ya que logra acaparar el agua en temporada seca. Para la asignaci�n de los rangos Q(r), se establecer� una relaci�n entre el nivel de agua en temporada de lluvia y el nivel en temporada seca de un mismo a�o. Para ello, se restan estos dos niveles, y esa diferencia, indicar� la aportaci�n del dique en la recarga superficial.

Es importante se�alar, que varias capas que se van a mantener constantes para el c�lculo de la vulnerabilidad en cualquier a�o o temporada (h�meda o seca), debido a que dependen de las caracter�sticas de la zona de estudio, lo cual no va a variar. Estas capas ser�n denominadas como �generales�, las cuales son: Naturaleza del acu�fero, tipo de suelo, pendiente, naturaleza de la zona vadosa, y conductividad hidr�ulica. Por otro lado, se toman en cuenta otro tipo de capas, las cuales dependen de las condiciones pluviom�tricas de cada a�o, ue son: la recarga y el dique. Tambi�n se consideran capas seg�n la temporada espec�fica en cada a�o, la cual est� representada por el nivel del agua y recarga lateral.

Este art�culo se centra en la determinaci�n de la vulnerabilidad intr�nseca de las aguas del acu�fero Manglaralto mediante el m�todo DRASTIC-LQ. Este acu�fero localizado en la costa de la parroquia de Santa Elena, en Ecuador, donde el servicio p�blico de agua potable depende de 14 pozos perforados del sector (Gricelda et al., 2018).

 

Metodolog�a

El estudio es de tipo t�cnico cuantitativo en el �rea de la ingenier�a sanitaria y ambiental (Garc�a, 2009).� Se seleccionaron 10 pozos activos distribuidos en la zona del acu�fero costero de Manglaralto. Se realiz� un muestreo estacional donde se contrastan los dos periodos pluviom�tricos ecuatorianos. Para la temporada de lluvia, se tuvo como mes de referencia a febrero. Para la temporada seca se consider� al mes de julio. El muestreo consider� mediciones con repetici�n (3) de la vulnerabilidad entre 2019 y 2021.

Se contempl� la metodolog�a DRASTIC-LQ de Carri�n Mero et al. (2021), que parte del modelo de base DRASTIC de Aller et al. (1987) �(ver tabla 1). La Ecuaci�n 1 resume el modelo DRASTIC (modificado de Aller� et al., 1987).

 

D�nde:

r: representa un valor dentro de un rango determinado de cada par�metro.

w: representa un valor que es considerado el peso del par�metro y no var�a.

D: Nivel al que se encuentra el agua subterr�nea (w: 5).

R: Recarga neta del acu�fero (w: 4).

A: Litolog�a del acu�fero (w: 3).

S: Tipo de suelo (w: 2).

T: Pendiente de la zona de estudio (w: 1).

I: Naturaleza de la zona no saturada, o zona vadosa (w: 5).

C: Conductividad hidr�ulica presente en todo el acu�fero (w: 3)

Una vez incorporados los par�metros L y Q, la estimaci�n del grado de vulnerabilidad se realiz� mediante la categorizaci�n presente en la tabla 1.

 

Figura 1: �ndices, rangos y grado de vulnerabilidad del modelo DRASTIC.

Fuente: modificado de Aller et al. (1987).

 

Fase de recopilaci�n de datos

Se realiz� un muestro estacional por repetici�n entre el a�o 2019 hasta el 2021, considerando los meses de referencia para los meses de febrero y julio. La base de datos obtenida estuvo constituida por:

a)      Niveles piezom�tricos de los pozos (3 muestreos por pozo).

b)      La recarga del acu�fero se calcul� con el programa �Easy Balance�, consider�ndose las precipitaciones reportadas por la Administraci�n Nacional de Aeron�utica y el Espacio (NOAA).

c)      La conductividad hidr�ulica se determin� con el m�todo electrom�trico (Carri�n-Mero et al., 2021).

d)     La clasificaci�n del tipo de suelo se estableci� con base en la fracci�n textural.

e)      Mediante im�genes satelitales que se procesaron con el paquete ArcGis 10.5, se realiz� la valoraci�n de la topograf�a y la pendiente del sector.

f)       La geolog�a se valor� a partir de� cartograf�a geol�gica y muestreo in situ.

Fase de contraste de hip�tesis: Con el apoyo del paquete del software SPSS.V.24 se compararon (test de rangos con signo de Wilcoxon) los �ndices de vulnerabilidad (IV) estacional [(temporada h�meda: febrero) / temporada seca: julio)]. La hip�tesis nula (H_o) fue: Los IV-DRASTIC-LQ estacional no se diferencian significativamente; Hip�tesis alternativa (H₁): Los IV-DRASTIC-LQ estacional si se diferencian significativamente (α ≤ 0.05 se rechaza H_o).

 

Resultados

Resumen para el a�o 2019: temporadas lluviosa y seca

Se determin� un �ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa IV-DRASTIC-LQ: vulnerabilidad media (125.2 � 6.2; M�n: 117 � M�x: 135). En la temporada seca (julio) se registr� un IV-DRASTIC-LQ propio de vulnerabilidad muy alta (160.5 � 14.2; M�n: 137 � M�x: 185) (ver tabla 2). El Test de Wilcoxon muestra diferencias significativas entre los dos �ndices (Wilcoxon: 5.326; p-valor: 0.000 ≤ 0.05; se rechaza la H₀). Esto indica que la magnitud de las diferencias resulta influida por los mayores promedios obtenidos con el IV-DRASTIC-LQ de la temporada seca (ver tabla 2).

 

Figura 2: �ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el a�o 2019

Nota: ¹Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05; **p-valor significativo al 0.01.

 

Resumen para el a�o 2020: temporadas lluviosa y seca

Se determin� un promedio de vulnerabilidad IV-DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa que se ajusta a una vulnerabilidad media (124.4 � 4.5; M�n: 115 � M�x: 133). Para el mes de julio se calcul� un IV-DRASTIC-LQ ajustado tambi�n a una vulnerabilidad media (121.4 � 4.2; M�n: 114 � M�x: 126) (ver tabla 3). El Test de Wilcoxon muestra diferencias significativas entre los dos �ndices (Wilcoxon: 2.235; p-valor: 0.041 ≤ 0.05; se rechaza la H₀). Esto indica que las diferencias resultaron influidas por los mayores promedios obtenidos con el IV-DRASTIC-LQ de la temporada lluviosa, situaci�n que contrasta con el a�o anterior (ver tabla 3).

 

Figura 3: �ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el a�o 2020

Nota: ¹Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05.

 

Resumen para el a�o 2021: temporadas lluviosa y seca

La vulnerabilidad IV-DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa fue vulnerabilidad alta (147.0 � 6.6; M�n: 139 � M�x: 157). Para el mes de julio (temporada seca) se calcul� un IV-DRASTIC-LQ que tipifica una vulnerabilidad alta (145.1 � 5.7; M�n: 138 � M�x: 154) (ver tabla 4). Se apreciaron tambi�n diferencias significativas entre los dos �ndices estacionales (Wilcoxon: 2.048; p-valor: 0.049 ≤ 0.05; se rechaza la H₀), resultando esto influido por el mayor promedio general de� la temporada lluviosa, situaci�n similar al a�o 2020 (ver tabla 4).

 

Figura 4: �ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el a�o 2021

Nota: ¹Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05.

 

Discusi�n

El m�todo DRASTIC-LQ propuesto de Carri�n Mero et al. (2021), se fundamenta en los par�metros del m�todo DRASTIC, al cual se le suman dos par�metros adicionales, los cuales pueden estar presentes en distintos sistemas acu�feros, y que son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), obteniendo el m�todo DRASTIC-LQ.

Los resultados de este trabajo corroboran que el m�todo DRASTIC propuesto por Aller et al. (1987), utilizado de base, sirve de fundamento para experimentar con nuevas aproximaciones de evaluaci�n a la vulnerabilidad. La adici�n de� la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), pueden ser factores diferenciadores con respecto a la estimaci�n realizada con el m�todo DRASTIC, tanto en las temporadas lluviosa como seca.

En tal sentido, el m�todo DRASTIC-LQ confirma la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser m�s sensible en la estimaci�n en la temporada lluviosa. La vulnerabilidad seg�n el m�todo DRASTIC-LQ result� en general media, pero se registr� un intervalo desde vulnerabilidad media hasta vulnerabilidad muy alta (IV-DRASTIC - JULIO 2019), la cual responde tambi�n al componente estacional, pero que deja claramente establecido la influencia de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, en asociaci�n con las condiciones morfol�gicas de la zona, y en especial con los factores a�adidos al modelo como son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q).

Los resultados coinciden con lo expresado por Carri�n Mero et al. (2021), y contribuye a la validaci�n del m�todo, el cual a�n se encuentra en fase de experimentaci�n y validaci�n. Sin embargo, estos resultados a priori confirman la idea de que la recarga lateral (recarga de borde), es un factor significativo en el aporte del agua subterr�nea, originado mediante la escorrent�a producto de las precipitaciones, propias de la temporada lluviosa. Por su parte el dique es considerado debido a su importante aplicaci�n en la recarga superficial del acu�fero, el cual puede incidir en la contaminaci�n. Carri�n Mero et al. (2021), establecieron que el modelo depender� de las condiciones climatol�gicas de cada a�o, destacando el peso de la recarga y el dique.

Se logra apreciar as� que es posible ampliar los estudios y determinaciones de la vulnerabilidad de acu�feros partiendo de m�todos ampliamente validados como DRASTIC, pero que ha sido potenciado en este caso por las modificaciones aplicadas por Carri�n Mero et al. (2021), existiendo otras posibilidades adicionales como la propuesta por Voutchkova et al. (2021), denominada DRASTIC-N.

 

Conclusiones

El m�todo DRASTIC-LQ permite estimar la vulnerabilidad del acu�fero costero Manglaralto. Esta result� en l�neas generales una vulnerabilidad media, pero se registr� un intervalo desde vulnerabilidad media (IV-DRASTIC-LQ - febrero 2019; IV-DRASTIC - 2020) hasta alta (IV-DRASTIC-LQ 2021). La variabilidad responde al componente estacional, y deja claramente establecido la influencia en la temporada lluviosa de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, en asociaci�n con las condiciones morfol�gicas de la zona, y en especial con los factores a�adidos al modelo como son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q).

El m�todo DRASTIC-LQ permite confirmar la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser m�s sensible en la estimaci�n en la temporada lluviosa. Sin embargo, al presentarse una serie de registros tan corta, la aplicaci�n del m�todo puede estar influida por oscilaciones pluviom�tricas que pueden incrementar el error del mismo, por tanto la extensi�n de la serie es una limitante para establecer conclusiones definitivas sobre el mismo.En tal sentido, surge la necesidad de continuar con el monitoreo sistem�tico de la vulnerabilidad avanzando hacia muestreos mensuales. Adicionalmente conviene avanzar en estudios de vulnerabilidad espec�fica donde se incorporen variables como la salinidad.

 

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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